KR0186183B1 - 컬러 고체촬상소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컬러 고체촬상 소자에 관한 것으로, 복수개의 포토 다이오드와 상기 각 포토 다이오드에 특정 파장의 빛만을 통과시켜 조사하는 컬러 필터층을 포함하는 컬러 고체촬상 소자에 있어서, 상기 각 포토 다이오드는 N형 불순물층과 상기 N형 불순물층상에 형성되는 P+형 불순물층으로 형성되고, 상기 P+형 불순물층의 두께는 각 포토 다이오드에 따라 각기 다르게 형성되며, 상기 각 포토 다이오드 영역상에 선택적으로 폴리 실리콘막이 형성됨과 동시에 상기 컬러 필터층이 마젠타 염색층과 시안 염색층 등의 2종류의 염색층으로 이루어지고, 마젠타 염색층만의 부분, 시안 염색층만의 부분 또는 이것을 2개의 염색층이 중첩해 있는 부분이 추출되는 색에 따라 각 포토 다이오드에 대응해 있고, 상기 폴리 실리콘막은 상기 2개의 염색층이 중첩해 있는 부분에 대응하는 상기 포토 다이오드 영역상에 형성되어 있지 않게 이루어져 제조공정을 단순화 하고, 수율(Yield)을 향상시키는데 적당하도록 한 컬러 고체촬상소자에 관한 것이다.

Description

컬러 고체촬상소자
제1도(a)는 일반적인 컬러 고체촬상 소자의 레이아웃도.
제1도(b)는 종래의 컬러 고체촬상 소자의 구조단면도.
제2도(a)는 색상 다이아그램.
제2도(b)는 색상에 따른 컬러 필터의 투과율을 나타낸 그래프.
제3도(a)는 본 발명의 컬러 고체촬상 소자의 구조단면도.
제3도(b)는 본 발명의 컬러 필터층의 평면 구성도.
제4도는 본 발명의 컬러 고체촬상 소자의 제조공정 순서도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
30 : 반도체 기판 31 : PD
32 : VCCD 33 : 폴리 실리콘막
34 : 금속 차광층 35a, 35b : 컬러 필터층
36 : 마이크로 렌즈
본 발명은 컬러 고체촬상 소자에 관한 것으로, 특히 컬러 필터의 구조를 개선하여 제조공정을 단순화 하고, 수율(Yield)을 향상시키는데 적당하도록 한 컬러 고체촬상 소자에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 컬러 고체촬상 소자에 대하여 설명하면 다음과 같다.
제1도(a)는 일반적인 컬러 고체촬상 소자의 레이아웃도이고, 제1도(b)는 종래의 컬러 고체촬상 소자의 구조단면도이다.
종래의 컬러 고체촬상 소자의 구조는 다음과 같다.
먼저, 반도체 기판(10)에 일정 간격으로 복수개 형성된 PD(Photo Diode)(11) 영역과, 상기 PD(11) 영역의 사이에 수직하게 구성되어 상기 PD(11) 영역에서 광전 변환으로 생성되어진 신호전하를 일방향으로 이동 시키는 VCCD(Vertical Charge Coupled Device)(12)와, 상기 PD(11) 영역과 VCCD(12)가 형성된 반도체 기판(10)의 전면에 형성된 절연층(도면에 부호생략)과, 상기 VCCD(12) 상측의 절연층상에 형성되어 PD(11) 영역에서 생성되어진 신호전하를 VCCD(12)로 이동시키거나, VCCD(12)로 이동되어진 전하를 일방향으로 이동시키는 복수개의 폴리 게이트(도면에 부호생략)와, 수광영역을 제외한 상기 폴리 게이트상에 형성되어 빛을 차단하는 금속 차광층과, 상기 금속 차광층을 포함하는 반도체 기판(10) 전면에 형성되는 평탄화용 절연막(13)과, 각 PD(11) 영역 상측의 평탄화용 절연막(13)상에 각각의 확소에 대응하게 형성되는 R.G.B의 컬러 필터층(14)과, 상기 컬러 필터층(14)상에 형성되는 탑 코팅층과, 상기 탑 코팅층상에 각각의 화소에 대응하여 형성되어 빛을 집광하여 PD(11) 영역으로 조사하는 마이크로 렌즈(15)를 포함하여 구성된다.
상기와 같은 종래의 컬러 고체촬상 소자는 수광영역에 구성되어진 R.G.B의 컬러 필터층(14)이 입력되는 빛의 스펙트럼을 분리하여 각각의 특정 파장의 빛만을 PD(11) 영역에 입사시키게 된다.
이때, 금속 차광층(Metal Shielding Layer)은 PD(11) 영역 이외의 부분으로 빛이 입사되는 것을 차단하게 된다.
상기과 같이 입사된 빛은 PD(11) 영역에서 전기적인 신호로 변환되어 추출하게 된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 컬러 고체촬상 소자에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 컬러 필터층을 형성하기 위해서는 R.G.B 각각 3번의 염색공정을 하게 되어 공정이 복잡하고, 염색공정시 컬러의 균일성을 유지하기가 어렵다.
둘째, 화소의 고밀도화, 고집적화에 따른 윈도우(Window)의 축소로 인해서 R.G.B 각각의 마스크(Mask)를 사용한 포토 작업시에 디파인(Define)이 어렵다.
따라서, 마스크의 오정열(Mis Align)에 의해 색분리가 저하된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 고체촬상 소자의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 컬러 필터의 구조를 개선하여 제조공정을 단순화 하고, 수율(Yield)을 향상시킨 컬러 고체촬상 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 컬러 고체촬상 소자는 복수개의 포토 다이오드와 상기 각 포토 다이오드에 특정 파장의 빛만을 통과시켜 조사하는 컬러 필터층을 포함하는 컬러 고체촬상 소자에 있어서, 상기 각 포토 다이오드는 N형 불순물층과 상기 N형 불순물층상에 형성되는 P+형 불순물층으로 형성되고, 상기 P+형 불순물층의 두께는 각 포토 다이오드에 따라 각기 다르게 형성되며, 상기 각 포토 다이오드 영역상에 선택적으로 폴리 실리콘막이 형성됨과 동시에 상기 컬러 필터층이 마젠타 염색층과 시안 염색층 등의 2종류의 염색층으로 이루어지고, 마젠타 염색층만의 부분, 시안 염색층만의 부분 또는 이것들 2개의 염색층이 중첩해 있는 부분이 추출되는 색에 따라 각 포토 다이오드에 대응해 있고, 상기 폴리 실리콘막은 상기 2개의 염색층이 중첩해 있는 부분에 대응하는 상기 포토 다이오드 영역상에 형성되어 있지 않는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 컬러 고체촬상 소자에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 색상에 따른 컬러 필터의 투과율에 대하여 설명하면 다음과 같다.
제2도(a)는 색상 다이아그램이고, 제2도(b)는 색상에 따른 컬러 필터의 투과율을 나타낸 그래프이다.
빛은 그 파장이 극히 짧은 일종의 전자파이다. 즉, 주파수가 아주 높다.
따라서, 전자파가 눈의 망막을 자극함으로서 사람들이 이를 빛(光)으로 느낄수 있도록 되어 있다.
우리가 볼 수 있는 가시광선의 파장은 380㎛에서 780㎛ 까지의 범위가 된다.
그러나 이들 모두가 동일한 빛으로 느껴지지 않는다.
파장에 따라 다른 느김을 주게 되는데, 이것을 색이라 한다.
즉, 가시광선대를 파장별로 크게 나누면 R.G.B로 등분된다.
흑백 촬상소자를 컬러화 하기 위해서는 컬러 필터(Color Filter)를 구성해야 한다.
여기서 컬러 필터는 특정 파장대의 빛만을 통과시키는 유기물질로 이루어져 있다.
예를들면 블루 필터(Blue Filter)는 파랑색 대역만 통과시키고 나머지 빛은 차단한다.
초기에는 R.G.B필터를 컬러 고체촬상 소자에 이용하였으나, 지금은 파장대에 따른 투과율이 좋은 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow) 및 그린(Green)의 복합 컬러 필터 어레이(Complementary Color Filter Array)를 채택하여 광감도를 향상시켰다.
본 발명은 최소한의 염색층을 사용하여 컬러 고체촬상 소자를 구현하기 위한 것으로 소자의 구성은 다음과 같다.
제3도(a) 본 발명의 컬러 고체촬상 소자의 구조단면도이고, 제3도(b)는 본 발명의 컬러 필터층의 평면 구성도이다.
제4도는 본 발명의 컬러 고체촬상 소자의 제조공정 순서도이다.
본 발명은 두 가지(마젠타와 시안)의 염색층만을 사용하여 R.G.B 신호를 얻기 위한 것으로, 폴리 실리콘(Poly Silicon)막이 B파장을 흡수하는 것과, 파장이 길수록 PD 영역에 깊이 흡수되는 성질을 이용한 것이다.
먼저, 반도체 기판(30)에 일정 간격을갖고 복수개 형성되어 빛에 관한 신호를 전기적인 신호로 변환하는 PD(31)와, 상기 PD(31)에서 생성되어진 전하를 일정 방향으로 이동시키기 위한 CCD 채널로 이용되는 VCCD(32)와, 상기 VCCD(32) 영역상에 전하를 일방향으로 이동시키기 위해 서로 다른 클럭이 인가되고, 서로 절연되어 반복적으로 형성된 복수개의 폴리 게이트와, 상기 폴리 게이트 형성시에 PD(31) 영역상에 선택적으로 남겨서 형성한 폴리 실리콘막(33)과, 상기 VCCD(32) 영역상에 PD(31) 영역 이외의 부분으로 빛이 입사되는 것을 차단하기 위해 형성되는 금속 차광층과, 전면에 형성된 평탄화용 절연막과, 상기 평탄화용 절연막상에 마젠타(Magenta), 시안(Cyan) 염색층, 두가지 염색층만으로 형성되는 컬러 필터층(35a)(35b)과, 상기 컬러 필터층(35a)(35b)상의 탑 코팅층상에 PD(31)에 각각 대응하게 형성되어 빛을 집광하여 수광영역으로 조사하는 마이크로 렌즈(36)를 포함하여 구성된다.
이때, PD(31) 영역은 N형 불순물층상에 P+형의 불순물을 이온주입하여 PN접합의 포토 다이오드를 형성하게 되는데, P+형 불순물층은 각 PD(31)마다 그 두께를 다르게 형성한다.
즉, 폴리 실리콘막(33)이 이웃하는 PD(31) 3개중에 최소한 두 개의 영역상에 형성되는데, 폴리 실리콘막(33)이 형성되지 않은 PD(31)의 P+형 불순물층이 폴리 실리콘막(33)이 형성된 PD(31)의 P+형 불순물층이 얇게 형성된다.
그리고, 폴리 실리콘막(33)이 형성되지 않은 PD(31) 영역상의 컬러 필터층(35a)(35b)은 마젠타, 시안 염색층이 겹치게 구성된다.
그리고, 나머지 폴리 실리콘막(33)이 형성된 두 개의 PD(31) 영역상의 컬러 필터층은 마젠타와 시안 염색층이 각각 구성된다.
상기와 같은 본 발명의 컬러 고체촬상 소자는 마젠타, 시안 염색층 두가지와 염색층을 사용하여 R.G.B에서 파생되는 모든 색을 구현할 수 있게 한 것으로, 먼저, R 성분은 마젠타 염색층 하나로 구성되어진 컬러 필터층에 대응되는 PD(31)에서 추출되게 된다.
즉, 마젠타 염색층으로 이루어진 컬러 필터층으로 마이크로 렌즈(36)에 의해서 집광되어진 빛이 통과하면 제2도(a),제2도(b)에서와 같이, R성분과 B성분이 통과된다(마젠타는 R : G : B 의 합성비율이 0.5 : 0 : 0.5 이다).
그리고, 다시 폴리 실리콘막(33)을 통과하면 B 성분이 폴리 실리콘막(33)의 단파장 흡수성질에 의해 흡수되고, P+불순물층을 통과할 때 잔여의 B 성분이 모두 흡수되어 R 성분만 PD(31) 영역에 도달하게 된다.
그리고, G성분은 시안 염색층 하나로 구성되어진 컬러 필터층에 대응되는 PD(31)에서 추출된다.
즉, 시안 염색층으로 이루어진 컬러 필터층으로 마이크로 렌즈(36)에 의해서 집광되어진 빛이 통과하면 제2도(a),제2도(b)에서와 같이 , G성분과 B성분이 통과된다(시안은 R : G : B의 비율이 0 : 0.5 : 0.5이다).
그리고, 다시 폴리 실리콘막(33)을 통과하면 B성분이 폴리 실리콘막(33)의 단파장 흡수성질에 의해 흡수되고, P+불순물층을 통과할 때 잔여의 B성분이 모두 흡수되어 G성분만 PD(31) 영역에 도달하게 된다.
이때, 폴리 실리콘막(33)의 두께와 P+불순물층의 두께를 조절하여 B성분이 적절하게 차단되도록 할 수 있다.
그리고, B성분은 마젠타, 시안 염색층이 겹치게 구성되어진 킬러 필터층에 대응되는 PD(31)에서 추출된다.
즉, 마이크로 렌즈(36)에 의해서 집광되어진 빛이 마젠타와 시안 염색층이 겹치게 구성된 칼라 필터층으로 통과하면 제2도(a), 제2도(b)에서와 같이, 공통부분인 B성분만 통과된다.
폴리 실리콘막(33)이 없고, P+불순물층이 얇으므로 B성분은 흡수가 거의 없이 PD(31)에 도달하게 된다.
이때, 마젠타, 시안 염색층은 어느 층이 먼저 형성되어도 동일하게 B성분이 추출된다.
상기와 같은 본 발명의 컬러 고체촬상 소자는 컬러 필터의 제조공정에서 염색공정을 종래의 3번(R.G.B 추출을 위한)에서 2번으로 줄일 수 있어, 마스크 공정수를 줄일 수 있게 된다.
그리고, 마스크 공정시에도 디파인(Define) 영역이 넓어 오정렬(Mis Align)을 줄일 수 있다.
그러므로, 혼색에 따른 문제를 해결한다.
또한, 빛의 3원색이 아닌 염료의 3원색중에 2색을 사용하므로 염료취급이 쉽고, 색의 불균일성의 문제를 줄이는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 복수개의 포토 다이오드와 상기 각 포토 다이오드에 특정 파장의 빛만을 통과시켜 조사하는 컬러 필터층을 포함하는 컬러 고체촬상 소자에 있어서, 상기 각 포토 다이오드는 N형 불순물층과 상기 N형 불순물층상에 형성되는 P+형 불순물층으로 형성되고, 상기 P+형 불순물층의 두께는 각 포토 다이오드에 따라 각기 다르게 형성되며, 상기 각 포토 다이오드 영역상에 선택적으로 폴리 실리콘막이 형성됨과 동시에 상기 컬러 필터층이 마젠타 염색층과 시안 염색층 등의 2종류의 염색층으로 이루어지고, 마젠타 염색층만의 부분, 시안 염색층만의 부분 또는 이것들 2개의 염색층이 중첩해 있는 부분이 추출되는 색에 따라 각 포토 다이오드에 대응해 있고, 상기 폴리 실리콘막은 상기 2개의 염색층이 중첩해 있는 부분에 대응하는 상기 포토 다이오드 영역상에 형성되어 있지 않는 것을 특징으로 하는 컬러 고체촬상소자.
  2. 제1항에 있어서, 폴리 실리콘막이 형성되지 않은 포토 다이오드 영역의 P+형 불순물은 폴리 실리콘막이 형성되어진 포토 다이오드 영역의 P+형 불순물층 보다 얇게 형성되는 것을 특징으로 하는 컬러 고체촬상소자.
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